球窝工件感应淬火裂纹原因分析

2014-10-08王孟王忠冯显磊谢玲珍

金属加工(热加工) 2014年13期

王孟，王忠，冯显磊，谢玲珍

球窝结构在大型工程机械设备中得到广泛的应用，尤其是在推土机工作装置铲刀中使用较多，由于在工作过程中存在较大应力、冲击等，需要球窝工件具有较高的耐磨性、抗疲劳强度来提高使用寿命，这就需要合理的热处理工艺来满足上述要求，常用的热处理工艺为感应热处理。我公司生产的球窝工件近期出现批量淬火裂纹现象，带来较大的损失，本文针对本次裂纹的原因进行探讨。

1.球窝裂纹件概况

工件为托架，材料为ZG35SiMn，R50mm球窝处要求感应淬火，硬化层深度为2.5～4.5mm，表面硬度为52～60HRC，托架的结构如图1所示。该件经感应热处理后，超声波检测发现批量淬火裂纹现象，裂纹形态如图2所示。

该托架的主要工艺过程为：铸造→正火→粗车→精车→感应淬火→回火。感应加热采用集中加热方式，感应器结构如图3所示。电流为220A，电压为300V，功率为66kW，频率为12kHz，加热时间20s，淬火方式为直接在工件上方喷淋自来水（20～40℃）。

2.原因分析

图1 零件示意

图2 感应淬火裂纹

图3 托架感应淬火感应器示意

针对本批次裂纹工件，从3方面查找裂纹原因：工艺参数、原材料检验、裂纹工件剖检。

（1）工艺参数首先我们查看该批次托架淬火工序及前工序工艺参数记录，并对机床进行检测，结果显示无任何异常。其次跟踪该件感应热处理生产过程，发现该件在感应热处理时由于无合适的工装，无法实现旋转加热，造成局部加热不均现象严重，淬火时内应力较大，此为造成裂纹的原因之一。

（2）原材料检验该件的化学成分如附表所示，满足ZG35SiMn化学成分要求。

从该件化学成分分析中可以看出含有微量的B元素，国内外资料显示，B元素可提高淬透性，且极小的量就有明显的提高淬透性的作用。我公司生产的该件选用生产链轨节（35CrMoB）边角料作为铸钢原料之一，该材料属于硼钢，不可避免地含有B元素，促使该件淬透性提高，造成开裂倾向增大。剖检结果显示硬化层深度达到6mm，超出硬化层深度要求范围。又由于该材料本身的DI较高，使用淬火能力很强的水作为淬火冷却介质也是使该件出现裂纹的原因之一。

（3）裂纹剖检我们剖切裂纹工件，对工件进行检测，表面主要检测结果如下：有效硬化层深度为6mm，表面硬度为54～55HRC，马氏体级别4～5级，晶粒度9级，硬化层深度过深（硬化层组织见图4）。

心部检测结果如下：心部硬度为163HBW，晶粒度为6级，组织为珠光体和铁素体，铸态组织未完全消除，心部金相组织见图5。从金相分析结果显示该件正火不充分，存在铸态组织，组织不合格也是造成本次裂纹的原因之一。

针对裂纹区域进行深入的分析，经研究发现裂纹区域存在缩孔、缩松等铸造缺陷（见图6），裂纹不是从球窝表面开始，而是由内部疏松开始引起。由此判断此次铸造缺陷是造成淬火裂纹的直接原因。